CC BY
140
В. З. Тарантул
ГЕННО-КЛЕТОЧНЫЕ БИОТЕХНОЛОГИИ XXI ВЕКА И ЧЕЛОВЕК
Тарантул Вячеслав Залманович - доктор биологических наук, профессор, заместитель директора по науке Института молекулярной генетики РАН.
XXI век - век биотехнологии, утверждают ученые. Для такого заключения у них имеются достаточно веские основания. Ведь по своей приближенности к человеческим потребностям современная биотехнология не имеет себе равных среди других научных направлений. В настоящее время мировое хозяйство уже вплотную приблизилось к физическим и биологическим пределам своего роста. Почти миллиард людей на планете сегодня хронически голодают. В ближайшем будущем именно генно-клеточные технологии помогут решить одни из самых насущных проблем человечества: проблемы обеспечения продовольствием населения Земли, чья численность стремительно приближается к 6 млрд., и сокращения роста заболеваемости особенно в случаях, когда речь идет о наследственных, системных, ранее неизлечимых болезнях. Сегодня при лечении 20 видов заболеваний используются методы клеточных технологий.
* * *
Традиционная биотехнология уже предоставила человечеству множество эффективных лекарств (антибиотики, витамины, гормоны, аминокислоты, ферменты, вакцины, иммуномодуляторы, антитела, бактерийные препараты, сыворотки), способствовала «зеленой революции», преобразованию сельского хозяйства (биоудобрения, биопестициды, ветеринарные препараты) и пищевой промышленности (аминокислоты, переработка пищевых продуктов, подсластители и пр.), предложила более дешевые и экологически чистые способы производства большого числа химических веществ для мно-196
гих отраслей (ферменты, полисахариды, растворители, спирты и пр.), внесла вклад в развитие альтернативной энергетики (биогаз, топливный спирт), добычу ресурсов (биометаллургия, утилизация отходов, интенсификация добычи нефти и пр.) и решение экологической проблемы (биоочистка промышленных и бытовых отходов, стоков, а также трудноразлагаемых загрязнений).
Принципиально новые генные и клеточные биотехнологии, разработанные в последние десятилетия, существенно повлияли на самые разные аспекты жизни человека: здоровье, производство лекарств нового поколения, питание, демографию, экологию. Применение этих технологий - абсолютно новый этап в развитии экономики отдельных стран и мировой экономики в целом. Успехи, достигнутые в этой области, широко освещаются средствами массовой информации, но далеко не всегда они отражают истинное положение дел. Неспециалистам бывает зачастую трудно понять, что же происходит в научных лабораториях, за что присуждаются многочисленные Нобелевские премии, как чисто фундаментальные исследования уже реально находят применение в практике, и не опасно ли все это для человека и окружающей его биосферы.
Когда в середине 70-х годов прошлого века были разработаны основные методы генной инженерии (Нобелевская премия по химии за 1980 г. присуждена П. Бергу, У. Гилберту и Ф. Сенгеру) и появилась возможность реально манипулировать с отдельными генами в пробирке, создавать новые комбинации этих генов (рекомбинантные ДНК), сразу же возникли опасения, что эта технология может нанести человечеству непоправимый вред. Однако постепенно пришло понимание, что при соблюдении необходимых мер безопасности генная инженерия не более опасна, чем аналогичные работы в других областях современной биотехнологии, и прошедшие с тех пор годы подтвердили эту точку зрения.
Для специалистов было ясно, что как атомную энергию можно использовать в разных целях (создать атомную бомбу или построить атомную электростанцию), так и генно-клеточная биотехнология может быть применена и для пользы, так и во вред (например, для создания биологического оружия или для производства эффективных средств против неизлечимых ранее заболеваний). Это, однако, не должно мешать развитию новейшей области науки во благо человека. Что же реально дало за эти годы применение генной и клеточной биотехнологии? Что можно ждать от них в будущем? Какие реальные и мнимые опасности несут они? Обо всем этом и пойдет речь в настоящей статье.
Первыми продуктами генных биотехнологий для практического применения вне лабораторий стали биологически активные белки, широко используемые сегодня в медицине в качестве лекарственных средств. Так, для лече-
ния диабета ранее применяли инсулин, который выделяли из поджелудочных желез свиней. Такой инсулин был дорогим и, кроме того, малоэффективным. Ситуация сильно изменилась с момента получения в 1982 г. первого генно-инженерного инсулина человека. Сейчас такой инсулин производится и в России.
В практической медицине сегодня используют многие препараты, полученные с помощью генно-клеточной биотехнологии, - это интерфероны, интерлейкины, лекарства от гемофилии, противораковые и обезболивающие средства, незаменимые аминокислоты, гормон роста и многое другое. Этот список ежегодно пополняется десятками наименований. В лабораториях и клиниках всего мира постоянно идет интенсивный поиск и испытание новых препаратов, в том числе от таких опаснейших болезней, как сердечные заболевания, различные формы рака, СПИД и другие вирусные инфекции. По оценкам специалистов, сегодня с помощью генных биотехнологий производится около 25% всех лекарств в мире.
Важным этапом развития современной биотехнологии стала разработка методов получения трансгенных животных и растений (их называют генетически модифицированными организмами - ГМО). Первые трансгенные организмы были получены учеными США в 1980 г. (в России первые публикации появились в 1982 г.), но только спустя почти десять лет после создания этой технологии она стала широко использоваться не только в научных, но и в практических целях.
Трансгенный организм - это организм во всех отношениях подобный не-трансгенному, но содержащий во всех клетках среди десятков тысяч своих собственных генов один (реже - два) новый ген (трансген), несвойственный ему в природе.
Какие практические задачи решаются с использованием ГМО? Основная цель всех генетических модификаций растений и животных заключается в улучшении биологического и товарного качества сельскохозяйственной продукции, повышении урожайности, плодовитости и питательной ценности, изменении потребительских свойств сырья.
С незапамятных времен человек осуществлял искусственный отбор - селекцию, в основе которой лежит естественная генетическая изменчивость живых организмов. При этом основной ее принцип всегда оставался неизменным - отбор ценных видов, а следовательно, ценных генотипов (совокупность определенного набора генов организма). В конечном результате современные виды моркови совершенно непохожи на своих далеких предков, которые использовали в пищу 3 тыс. лет назад, а початки кукурузы сегодня примерно в десять раз больше тех, что выращивали 5 тыс. лет назад. Чтобы получить современные виды растений и животных, понадобились целые тысячелетия. Многие годы и сейчас уходят у генетиков-селекционеров на 198
выведение новых сортов растений или новых пород животных. В этой ситуации трансгенная технология становится важной альтернативой традиционной сельскохозяйственной практике. Во-первых, она существенно ускоряет и делает целенаправленным процесс получения новых сортов и пород; иногда за два-три года достигаются результаты, на которые традиционная селекция тратит десятилетия. Во-вторых, с помощью трансгеноза можно получать животных и растения с такими свойствами, которые в принципе не могут возникнуть в природных условиях.
Технология создания трансгенных растений привела к революции в области растениеводства. Она позволяет получать растения, устойчивые к ряду высокопатогенных вирусов, грибковым и бактериальным инфекциям, насекомым-вредителям, к холоду, засоленности почв, засухе, растения с высоким содержанием витаминов и улучшенным составом белков и т.д. Вмешиваясь в генетические программы растений, можно придать им устойчивость к различным неблагоприятным стрессовым факторам окружающей среды. Использование ГМО существенно повысило эффективность сельского хозяйства; по этой причине данная технология оказалась востребованной рынком, где другие возможности повышения продуктивности (удобрения, ядохимикаты и т.д.) себя уже исчерпали.
В 1994 г. после всесторонних полевых испытаний в США была разрешена коммерческая продажа первого трансгенного пищевого растения - помидора с уникальным свойством: плод может месяцами лежать в недоспелом виде при температуре 12оС, но как только попадет в тепло, дозревает буквально за несколько часов. В этом трансгенном помидоре был встроен всего лишь один собственный «помидорный» ген, блокирующий синтез фермента, ответственного за созревание плодов. С тех пор на рынок было выпущено много других трансгенных растений; уже удалось получить различные формы картофеля, томатов, табака, рапса, устойчивых к разнообразным сельскохозяйственным вредителям. Получен также трансгенный картофель, недоступный для колорадского жука. Имеются трансгенные растения, способные самостоятельно фиксировать азот, получен «золотой» рис с повышенным содержанием витамина А и др.
Использование в сельском хозяйстве трансгенных растений выгодно не только в экономическом плане, но и важно для экологии. Отпадает надобность в применении многочисленных, порой весьма ядовитых инсектицидов и пестицидов, снижается ущерб окружающей среде от увеличения площади сельскохозяйственных угодий.
Активно ведутся также работы по получению трансгенных животных с повышенными продуктивными свойствами (например, усиление роста шерсти у овец, понижение содержания жировой ткани у свиней, изменение
свойств молока) или устойчивостью к различным заболеваниям, вызываемым вирусами и другими патогенами.
Трансгенная технология находит порой самые экзотические применения. Например, учеными предложен новый метод борьбы с малярией. Были выращены особые комары, которые не могут стать переносчиками малярийного плазмодия, в природе же они способны конкурировать с дикой формой комаров.
Несмотря на очевидные преимущества трансгенных организмов над не-трансгенными, применение на практике генетически модифицированных сельскохозяйственных растений и животных в настоящее время сильно варьирует в зависимости от региона мира. Лидером в объемах производимой сельскохозяйственной продукции на основе ГМО выступают США и крупнейшие экспортеры этой продукции - Канада, Аргентина, Австралия. Например, в США около 75% сои является трансгенной, а в Аргентине - 99%! В Китае создание и культирование трансгенных растений - приоритетное направление обеспечения национальной безопасности. В то же время Евросоюз на протяжении уже длительного времени противится созданию и использованию продуктов ГМО. В этом можно усмотреть определенные экономические интересы. В странах Евросоюза кризис перепроизводства, зачем же им нужны более продуктивные и более дешевые ГМО?
Своеобразное отношение ГМО в России. Колорадский жук съедает треть урожая картофеля, велики потери и от других вредителей, сорняков, при этом широко применяемые ядохимикаты вредны для здоровья и сильно удорожают сельскохозяйственное производство. При таком положении дел надо было бы проявить особый интерес к ГМО. Однако закон, позволяющий создавать и выращивать трансгенные организмы, в России до сих пор не принят, хотя закупать генетически модифицированную продукцию разрешено. Между тем в арсенале российских ученых имеются оригинальные разработки, которые не находят своего применения на практике. Что же тормозит этот процесс?
В центре дискуссий главным остается вопрос: вредна или не вредна трансгенная пища для человека? Ситуацию с информированностью общества по поводу вреда генетически модифицированных растений и животных в качестве продуктов питания хорошо иллюстрирует анекдот, бытующий у биологов: «Люди думают, что трансгенная пища вредна тем, что в ней есть гены, тогда как в обычных продуктах никаких генов нет». Каждый из нас съедает в день миллиарды генов различного происхождения: пшеницы, кукурузы, свиньи, птиц, коровы, рыбы, а кто-то даже и лягушки и насекомых, но при этом у нас не отрастают рога, мы не хрюкаем, не летаем, у нас не появляются жабры. Более того, с мясом, овощами и фруктами мы невольно поедаем большое число бактериальных и вирусных генов, даже не задумыва-200
ясь об этом. Но трансгенная пища, точно так же, как и нетрансгенная, переваривается в организме, и в конечном итоге от чужих генов ничего не остается, кроме тех же конечных продуктов, как и от любых других. Белки, которые синтезируются у ГМО (как собственные, так и чужие), попадая в пищу, также разрушаются до основания. Конечно же, если в трансгенном организме содержится какой-то заведомо токсичный для человека или животных продукт, он при употреблении в пищу может оказать вредное воздействие. Однако если кто-то преследует такие террористические цели, то ему проще заразить коров ящуром, чем пытаться создать «ядовитую» трансгенную корову.
Постоянно возникают разговоры об аллергенности некоторых продуктов, содержащих ГМО, хотя достоверных данных на этот счет нет. У каждого человека может быть к чему-нибудь аллергия. Ученые считают, что риск возникновения аллергии намного больше от новых продуктов питания, которые никто не проверяет на аллергенность, нежели от всесторонне изученных продуктов на основе ГМО. Например, существует довольно большое число аллергиков на экзотические для нашей страны киви, ранее отсутствовавшие в рационе россиян. Когда плоды киви поступили в продажу, никто даже не думал, чтобы проверить их на аллергенность. Позднее стало известно, что в них содержатся несколько аллергенных белков. В обычной сое, которую мы используем в пищу без всяких сомнений, обнаружено более десяти различных белков, вызывающих аллергию. Биотехнологи с помощью генетической модификации уже создали гипоаллергенную сою, у которой «выключили» активность генов, кодирующих белки-аллергены.
Время от времени в литературе появляются данные о якобы вредном воздействии некоторых трансгенных организмов или их продуктов на окружающую среду. Лет десять назад было сообщение о вреде трансгенной Б(-кукурузы, устойчивой к вредителям, для красивой бабочки-монарха. Даже такое подозрение (все-таки это насекомое, а не человек) подвигло ученых на тщательное и длительное расследование, которое в конечном итоге не подтвердило имевшиеся опасения. При этом количество применяемых инсектицидов в мире только из-за выращивания Б1-кукурузы сократилось на несколько десятков тысяч тонн.
Противники ГМО высказывают и другие опасения, которые, однако, не нашли никаких научно обоснованных подтверждений.
Уровень компетентности некоторых противников ГМО отражает выдвигаемый ими «аргумент» против трансгенного картофеля, устойчивого к колорадскому жуку: «генетически измененную картошку отказываются жрать даже колорадские жуки, которые спокойно переносят самые ядовитые опрыскивания». В этой связи академик И. Атабеков пишет: «Широкую публику легко убедить, что трансгенные растения - это опасные "мутан-
ты" (хотя они мутанты не в большей степени, чем обычные растения), поскольку понятие о мутантах обыватель связывает с жуткими монстрами из кинофильмов Стивена Кинга»1.
ГМО, создаваемые биотехнологами с целью получения сельскохозяйственной продукции, в подавляющем большинстве случаев не несут очевидной опасности, но каждая новая форма трансгенного организма до внедрения в практику безусловно должна проходить строгий независимый контроль и длительное испытание. Абсолютно безопасных технологий вообще не существует. Известны, в частности, случаи непредсказуемых последствий даже при использовании традиционных селекционных приемов. Поэтому во всем мире, в том числе и в России, существует общепринятая практика: прежде чем продукты, содержащие компоненты ГМО, появятся на прилавках магазинов, проводят тщательный анализ этих продуктов на токсичность и ал-лергенность, а также оценивают возможные отдаленные эффекты. Пока идут споры вокруг ГМО, остается единственный выход: предупреждать потребителя о том, какой именно продукт он покупает, т.е. маркировать его. А там уж на ваше усмотрение: верите в прогресс и науку, покупайте и ешьте трансгенные продукты, боитесь - откажитесь от них. В России с 2007 г. введен евростандарт: производители обязаны информировать потребителей, если в составе пищевого продукта содержится 0,9 и более процентов ГМО.
На фоне острых дискуссий о пользе и вреде трансгенных продуктов часто забывают о том, что трансгенные организмы служат не только продуктами питания, но и используются в качестве живых биореакторов для производства разнообразных медицинских препаратов или ферментов для пищевой промышленности. В мире уже существуют стада трансгенных коз и коров, в молоке которых синтезируются полезные с медицинской точки зрения вещества. Молоко этих животных содержит инсулин, гормон роста человека, антитромбин, интерферон. Выведены трансгенные куры, которые несут яйца с программируемым медицинским эффектом: эти яйца служат основой различных лекарств, в том числе и для лечения меланомы.
В России также проводятся работы по получению трансгенных животных. Выведена порода овец, вырабатывающих вместе с молоком и фермент, необходимый в производстве сыра. Совместными усилиями ученых России и Белоруссии получены трансгенные козы, в молоке которых синтезируется белок, содержащийся в грудном молоке женщины и обладающий антибактериальными свойствами, помогающими новорожденному ребенку бороться с инфекциями. Совместно с коллегами из Бразилии российские уче-
1. Независимая газета. - М., 2004. - 10.03. 202
ные успешно работают над созданием трансгенных коз, чье молоко будет содержать продукты, необходимые для лечения различных заболеваний крови.
В мире также широко ведутся работы по созданию трансгенных животных, которые могут быть использованы в качестве моделей различных заболеваний человека: серповидно-клеточной анемии, диабета, нейрологиче-ских заболеваний, артрита, желтухи, сердечно-сосудистых и ряда наследственных болезней (кистозного фибриоза, болезни Дауна и др.). Такие модели позволяют глубже понять природу различных патологий человека и осуществить на их основе поиск эффективных лекарственных средств.
Созданные трансгенные животные могут служить источником органов и тканей для трансплантологии (у них инактивированы антигены, ответственные за тканесовместимость). Эти эксперименты начаты на свиньях, которые рассматриваются в качестве возможных кандидатов для трансплантации их органов человеку, поскольку давно известно, что свинья и человек имеют большое генетическое, биохимическое и физиологическое сходство.
На основе трансгенных растений разрабатываются вакцины, получившие термин «съедобных». Употребление их в пищу позволяет человеку постепенно приобретать иммунитет к различным вирусам.
С помощью ГМО ученые изучают такие фундаментальные проблемы, как регуляция работы генов и их функции, механизмы индивидуального развития, мутагенеза, осуществляют поиск генов, ответственных за различные патологии человека, моделируют заболевания человека, проводят испытание лекарственных препаратов. Таким образом, ГМО имеют широкое применение в самых разнообразных целях. В мире лавинообразно нарастают работы по использованию этой биотехнологии для решения многих проблем, стоящих перед человечеством.
Вероятно, заметные успехи в области создания ГМО послужили толчком для возникновения в 1990 г. еще одного важного направления генной биотехнологии - генной терапии. Если в клетках организма нарушена работа того или иного гена и в результате развивается определенная патология, то для излечения необходимо восстановить функцию этого гена. С помощью генной терапии в организмы, которые страдают от нарушения работы гена, можно доставить нормальный ген, способный компенсировать недостающую функцию. А иногда болезнь вызывается избыточной работой отдельных генов, несвойственных нормальной клетке (например, при вирусной инфекции).
В таких случаях следует, наоборот, подавить работу «вредного» гена. Один из наиболее перспективных подходов к этому - РНК-интерференция - процесс подавления работы гена с помощью РНК, механизм которого расшиф-
рован А. Файром и К. Мело (Нобелевская премия по физиологии и медицине за 2006 г.). Принципиальное отличие генной терапии от любой другой терапии заключается в том, что она направлена на устранение не симптомов заболевания, а его первопричины.
Из общего числа известных заболеваний человека (их насчитывается сейчас примерно 10 тыс.) около 30-40% составляют так называемые генетические или наследственные болезни. Многие из этих патологий связаны с нарушением работы одного единственного гена. Генная терапия применима, в первую очередь, именно к такого рода заболеваниям, поскольку в этих случаях процесс лечения существенно облегчается. В настоящее время, используя информацию о структуре генома человека и его отдельных генов, ученые ведут широкомасштабный поиск средств лечения многих, традиционно считавшихся фатальными для человека наследственных и приобретенных болезней: гемофилии, муковисцидоза, болезни Паркинсона, Альцгеймера, различных кардио-васкулярных патологий и др. Уже существуют данные о проведении предклинических и клинических испытаний для терапии большинства этих заболеваний.
В США и Великобритании были проведены, например, испытания на пациентах с дефектом гена, который кодирует белок, необходимый для нормальной работы сетчатки глаза. В ходе операции этим пациентам вводили «здоровые» копии поврежденного гена в определенную область глаза. Через полгода пациенты, которые до генной терапии могли различать лишь движения рук, стали способны видеть все линии на таблице проверки зрения.
Чилийским ученым с помощью генной терапии удалось на 50% снизить потребление алкоголя у крыс с врожденной склонностью к алкоголизму. Имеются определенные успехи и при использовании генной терапии для лечения ненаследственных патологий (рак, ишемия) и различных инфекционных заболеваний (СПИД, гепатит).
В России начаты клинические испытания генной терапии некоторых опухолей, нервно-мышечных заболеваний, ишемии. В частности, разработан метод лечения ишемии нижних конечностей, который прошел первый этап клинических испытаний и реально помог вернуть к нормальной жизни более 50 человек. Однако в целом работы по генной терапии в России пока сильно отстают от исследований, которые проводятся в других странах мира.
При всех положительных результатах генная терапия все еще остается малоэффективной. Эта биотехнология возникла вслед за трансгенной технологией, но успехи ее значительно скромнее последней. Остаются нерешенными такие ключевые проблемы, как целевая доставка генов, длительное и эффективное их функционирование в пораженных тканях. Будущее генной терапии зависит от решения этих проблем. Необходимы большие
усилия исследователей, чтобы генная терапия стала высокоэффективной технологией лечения разнообразных заболеваний человека и животных.
Некоторые религиозные деятели и даже ученые выступают против использования генных технологий применительно к человеку, считая, что есть рубеж, перейдя который мы не сможем контролировать дальнейший ход событий. Однако те, кто страдает от неизлечимых заболеваний, возлагают надежду именно на генную терапию. Для них это вопрос жизни и смерти. И система запретов в данной области - это тупиковый путь.
Успеху генных биотехнологий в значительной мере способствовало параллельное развитие с ними клеточных биотехнологий. Ярким примером этой технологии, которая нашла широчайшее распространение, может служить создание гибридов, продуцирующих моноклональные антитела. Г. Кёлер и С. Мильштейн получили за это Нобелевскую премию по физиологии и медицине за 1984 г.
Одним из последних достижений клеточной биотехнологии стало получение и культивирование стволовых клеток, служащих предшественниками всех клеток организма. Эти клетки являются тем «стволом», из которого развивается «древо» всего организма. Родоначальником теории о существовании стволовых клеток стал в начале ХХ в. российский гистолог Александр Максимов. В конце 70-х годов прошлого века были получены данные о возможности применения трансплантации стволовых клеток костного мозга при лечении острых лейкозов. С этого времени началась новая эра в медицине.
В конце ХХ в. были выделены так называемые эмбриональные стволовые клетки сначала из эмбрионов мышей, а потом из эмбрионов человека. Последнее событие было признано одним из трех наиболее значимых достижений в биологии за ХХ в. (наряду с открытием двойной спирали ДНК и полной расшифровкой строения генома человека). Кроме эмбриональных стволовых клеток удалось получить также региональные стволовые клетки, которые присутствуют в различных органах взрослого организма. Такие клетки присутствуют даже в головном мозге, хотя длительное время считалось, что новые нервные клетки не образуются у взрослого организма.
После обнаружения стволовых клеток были начаты широкие исследования по их применению для лечения различных заболеваний человека. Дальнейшее развитие получила идея о клеточной регенеративной терапии, основанной на введении в организм человека стволовых клеток для замещения утраченных, неактивных или поврежденных клеток. В экспериментах с животными были получены впечатляющие результаты. Например, на мышах с помощью определенных видов стволовых клеток удалось кардинально повлиять на такие патологии, как нарушение зрения, деградация мышечной ткани, нейродегенерация, иммунодефицит.
Значительно скромнее успехи в применении стволовых клеток для лечения заболеваний человека. Тем не менее уже разработаны протоколы клинических испытаний по использованию стволовых клеток для терапии рака (в первую очередь лейкозов), ожогов, кардиологических заболеваний, нарушений опорно-двигательного аппарата, неврологических патологий, а также некоторых наследственных болезней, например наследственных расстройств иммунной системы.
Работы по клеточной регенеративной терапии сейчас проводят в разных странах мира, включая и Россию. В частности, в нашей стране разрабатывается процедура стимуляции ангиогенеза2 в скелетных и сердечной мышцах с помощью стволовых клеток, выделенных из жировой ткани пациента. Лечение собственными стволовыми клетками привлекательно тем, что эти клетки, будучи своими, родными, не отторгаются организмом, а иммунная система спокойно воспринимает их присутствие.
Сегодня во всем мире, включая Россию, уже существуют специальные банки, в которых хранится пуповинная кровь, содержащая большое количество эмбриональных стволовых клеток новорожденных. Делают это с надеждой на то, что в ближайшие годы будут разработаны и доведены до реального использования в регенеративной медицине протоколы лечения на основе этих клеток. Дело в том, что у взрослого человека эмбриональных стволовых клеток практически нет, а количество региональных стволовых клеток весьма мало, а с возрастом оно вообще стремится к нулю. Так, у новорожденного человека в костном мозге на 10 тыс. кроветворных клеток приходится одна стволовая клетка, а к 50-ти годам одна стволовая клетка приходится уже на 0,5 миллиона обычных клеток. К тому же терапевтический потенциал региональных стволовых клеток значительно ниже, чем эмбриональных стволовых.
Эмбриональные стволовые клетки исчезают после рождения, т.е. после того, как новорожденный организм перестает быть эмбрионом. Казалось, что эти клетки навсегда потеряны для взрослого организма, хотя в некоторых критических жизненных ситуациях они бывают очень и очень нужны. Неожиданно в 2007 г. в эту проблему вмешалась генная биотехнология, которая сделала почти невероятное (ожидается, что за это будет присуждена очередная Нобелевская премия): был найден способ получения практически из любых клеток взрослого организма клеток, подобных эмбриональным стволовым клеткам, т.е. похожих на те клетки, которые когда-то дали основу для развития этого организма, а потом исчезли. В любую соматическую клетку взрослого организма вводят строго определенный
2. Ангиогенез - это процесс роста новых кровеносных сосудов. 206
«коктейль», состоящий минимум из трех генов, работающих обычно в эмбрионе на ранних стадиях его развития. В результате такой процедуры взрослая клетка становится подобной эмбриональной стволовой и может затем превратиться в любой тип клеток взрослого организма. Это новое направление генно-клеточной биотехнологии сулит огромные перспективы для регенеративной медицины.
Применение эмбриональных и региональных стволовых клеток с медицинскими целями пока еще имеет очень ограниченное распространение. Связано это со многими причинами и в первую очередь с тем, что стволовые клетки по многим своим параметрам подобны раковым клеткам. Поэтому для их реального практического использования потребуются еще значительные усилия ученых, чтобы этот вид биотехнологии стал безопасным и занял свое достойное место среди других видов биомедицинских технологий.
Сегодняшняя ситуация с исследованиями стволовых клеток в разных странах мира различна. Так, в США существует официальный запрет на получение новых линий эмбриональных стволовых клеток человека, тогда как в Великобритании такого рода работы находят поддержку государства. В России нет запрета на такие исследования, однако нет и необходимого финансирования, что сдерживает проведение экспериментов.
К сожалению, объективное положение дел со стволовыми клетками для широкой общественности остается мало известным. По этой причине отношение к практическому использованию стволовых клеток прямо противоположно тому, которое сложилось вокруг трансгенных организмов. Видимой угрозы от ГМО нет, но их многие боятся, с ними ведут активную борьбу «зеленые», их запрещают в законодательном порядке.
В то же время существует реальная угроза использования стволовых клеток без соответствующих клинических испытаний. Однако большое число людей считает эту методику панацеей от всех болезней, а некоторые даже испытали на себе такое «лечение». В России средства массовой информации забиты рекламой, в которой разные клиники предлагают омоложение и лечение безнадежных заболеваний с помощью стволовых клеток. «Лечение» осуществляется несколькими видами стволовых клеток, часто с помощью клеток из абортированных человеческих зародышей. Однако их применение небезопасно по ряду причин. Такого рода процедуры не исключают возможность заражения различными вирусами и микробами. Кроме того, чужие стволовые клетки, полученные из «чужих» эмбрионов и плодов, в организме реципиента обычно уничтожаются его иммунной системой. Пытаясь повлиять на сложившуюся в России ситуацию, академик РАМН, директор Института экспериментальной кардиологии Владимир Смирнов заявил недавно на совещании в Московской медицинской академии им. Сеченова: «Лицензии, которые выдает Комитет здравоохранения Москвы, незаконны.
Никаких лицензий, никаких разрешений на применение стволовых клеток Минздрав не выдавал. Вся деятельность с использованием стволовых клеток в косметологии, в других областях медицины нелегальна, незаконна и наказуема». Причина, по которой сложилась такая ситуация, проста: люди, поддающиеся рекламе, готовы платить и платят огромные деньги за лечение стволовыми клетками, что им охотно и предлагают. В государстве нет никаких законодательных запретов, и оно не вмешивается в этот процесс. Таковы сегодняшние парадоксы клеточной биотехнологии.
В стороне от ажиотажа, связанного со стволовыми клетками и их использованием в медицине, была разработана принципиально новая генная биотехнология - технология направленного переноса генов, создателям которой (М. Капекки, О. Смитису и М. Эвансу) была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине за 2007 г. Эта технология основана на том, что перенос генов (трансгеноз) осуществляют не в зиготу, а одновременно в миллионы эмбриональных стволовых клеток, растущих в культуре, затем отбирают единичные клетки, в которых произошло необходимое событие, и их используют для получения взрослых организмов с направленно измененными генами.
Новая технология нашла широкое применение в экспериментальных целях. С ее помощью у лабораторных животных инактивируют («нокаутируют») строго определенные гены. Такое «исключение» генов позволяет изучать их функции в организме, и, хотя направленный перенос генов пока не нашел практического применения, нетрудно представить, что он даст для медицины в ближайшем будущем. Например, искусственно полученные эмбриональные стволовые клетки (о них шла речь выше) от пациента с генетическими дефектами могут быть «исправлены» с помощью целевого воздействия на «больной» ген, а затем использованы для клеточной терапии пациента без последующего их отторжения его собственным организмом.
Существенный прогресс в современной биотехнологии произошел в связи с разработкой в самом конце прошлого века технологии репродуктивного клонирования животных организмов. Проблемы клонирования растений никогда не существовало, в растениеводстве оно широко использовалось на протяжении многих лет. Этим занимались и многие из нас: разрезая клубень картофеля на несколько частей и высаживая их в почву, мы получали по осени несколько растений, генетический аппарат которых практически идентичен, т.е. несколько клонов первоначального растения. У животных и человека клонирование происходит лишь изредка в естественных условиях - при рождении однояйцовых близнецов. Технология целенаправленного искусственного клонирования животных организмов появилась лишь десять лет назад, когда родилась знаменитая овца Долли.
Технология репродуктивного клонирования сулит большие перспективы, в первую очередь для животноводства. Благодаря ей от любого животного с ценными продуктивными качествами можно получить многочисленные генетически идентичные копии, обладающие теми же признаками. И пока это - единственный путь улучшения породы, поскольку при размножении животных скрещиванием сохранить полезные признаки удается далеко не всегда.
Важной областью применения клонирования станет технология создания и размножения клонов трансгенных сельскохозяйственных животных. Здесь вновь происходит объединение двух видов биотехнологий: генных и клеточных. Получение ГМО с определенными свойствами - непростая задача, но даже после создания такого организма (например, коровы с высокой жирностью молока) размножить его до целого стада довольно трудно. Здесь-то и приходит на помощь репродуктивное клонирование. Получение трансгенных животных с помощью этой технологии имеет ряд преимуществ: можно получать особи определенного пола, а время, необходимое для создания стада, сокращается в 2-2,5 раза, и если знаменитая овечка Долли никакими особыми свойствами не обладала, то уже другая клонированная трансгенная овечка, по имени Полли, давала молоко, крайне необходимое для больных гемофилией.
Данную технологию можно применять и при клонировании исчезающих видов диких животных, например, лошади Пржевальского, суматринского носорога или других редких видов животных, ткани которых сохранились в криобанках. Можно также воспроизводить те виды животных, которые никогда не размножаются в неволе, например, гигантского броненосца. Наконец, находятся состоятельные люди, для которых клонируют их домашних любимцев - кошек и собак. С этой целью созданы специальные коммерческие биотехнологические фирмы.
Таким образом, технология клонирования может быть весьма полезна во многих отношениях. Однако вокруг проблемы клонирования создан искусственный ажиотаж, идут ожесточенные споры, поскольку её зачастую сводят к вопросу о репродуктивном клонировании человека. Между тем даже в весьма далекой перспективе едва ли эта технология будет широко использована применительно к человеку.
В настоящее время клонирование человека запрещено практически во всех странах, ответственность за нарушение закона о клонировании человека наступает в виде лишения свободы: в Германии - сроком на 5 лет, во Франции - до 20 лет, в Японии - до 10 лет. В России до 2005 г. действовал Федеральный закон лишь о временном запрете на клонирование человека, и формально сейчас такого запрета нет.
Тем не менее вопрос вновь и вновь поднимается в прессе, на телевидении и других средствах массовой информации. Кто-то говорит о клонировании Гитлера, кто-то - о клонировании Ленина. Все это привлекает внимание рядового читателя, об этом интересно поговорить, хотя для дискутирующих даже суть процедуры клонирования остается порой непонятной.
Самое большое препятствие на пути к клонированию человека - неопределенность результата и недостаточная оценка опасностей, таящихся в этой процедуре. Ясно, что клонирование опасно прежде всего тем, что может привести к определенному обеднению генетического фонда человека, повторяя дефекты генома и не давая при этом ему никаких новых качеств. Много неожиданных проблем может возникнуть и с появлением человеческих уродцев как результата манипулирования с клетками эмбрионов, с преждевременным старением клонов, с онкологическими и иммунологическими заболеваниями и др.
Существуют и серьезные морально-этические проблемы. Есть ли уверенность, что клон будет благодарен своим «создателям», не осудит ли он их, когда подрастет, не начнет ли он из чувства противоречия жить совершенно по другим правилам, которыми руководствовалась его исходная «матрица»? Что делать с «дефектными» копиями, которые с неизбежностью появятся на свет особенно на начальных этапах клонирования человека? Задумываются ли об этом те, кто планирует или уже приступил к клонированию человека? Очевидно, что сегодня никто не имеет морального права заниматься клонированием людей.
Но вопрос полностью не закрыт. Миллионы семейных пар во всем мире сегодня страдают бесплодием. У нас в стране каждая шестая - седьмая семейная пара не может иметь детей. В перспективе клонирование могло бы прийти на помощь в такой психологически сложной ситуации, оно могло бы помочь также тем семьям, в которых один из членов семьи страдает наследственным генетическим заболеванием. Однако все это возможно только в отдаленном будущем.
На фоне этих дискуссий в тени остается еще один важный аспект, связанный с клонированием, а именно - терапевтическое клонирование. Конечная цель терапевтического клонирования конкретного человека заключается в искусственном выращивании из его клеток, превращенных в эмбриональные стволовые, разнообразных тканей и органов. Если в клетках человека имелись генетические аномалии, они могут быть исправлены до клонирования с помощью генной технологии. Полученные после этого клетки, ткани и органы можно пересаживать этому же человеку, не опасаясь их отторжения, что сулит в конечном итоге настоящую революцию в медицине.
Клонофобия - не повод для прекращения исследований или ужесточения законодательства по отношению ко всем видам клонирования. Если репродуктивное клонирование имеет своей целью получение копии (клона) конкретного животного или человека, то терапевтическое клонирование -это только лечебная процедура. В последнем случае клонированные эмбриональные стволовые клетки вводятся непосредственно в органы людей, больных неизлечимыми болезнями, и никакого отношения к клонированию человека эта процедура не имеет. При терапевтическом клонировании эмбриональные стволовые клетки клонируются не для выращивания человеческих копий, а только для того, чтобы получить стволовые клетки, ткани и органы, которые могут быть использованы для лечения. К сожалению, когда речь заходит о репродуктивном и терапевтическом клонировании, часто происходит взаимная подмена этих понятий, в результате запрет на один из подходов распространяется и на другой. Для терапевтического клонирования используют зародыши, состоящие из 2-3 сотен клеток, которым всего пять дней от зачатия, в них еще нет никаких органов. Запрет на такого рода технологию зачастую не поддается никакой логике, особенно если это касается тех стран, где не запрещены аборты и смертная казнь. Официально Комитет по биоэтике ЮНЕСКО рассматривает эмбрион как существо, подлежащее защите после 14-ти суток его развития.
Создание любой новой технологии сопровождается и сомнениями и опасениями, но они не должны служить тормозом на пути научного прогресса.
Мы никогда не создадим идеальный мир, в котором все будут сыты и здоровы, но сделать так, чтобы было больше здоровых и сытых, вполне по силам современным генным и клеточным биотехнологиям.
